液体发酵系统

一、液体发酵系统技术指标

具有温度、转速、氧气流量、空气流量、pH 、DO 、补料、消泡显示及控制功能,并配有机械消泡浆。

1、温度:自动控制范围:自来水温+5℃~ 50℃﹙±0.2 ℃ ﹚显示范围:0 ~150 ℃

2、搅拌转速:调速范围50 ~1000±5rpm

3、空气流量:显示控制范围0 ~ 10L/min

4、pH显示控制:2 ~12pH±0.05﹙酸碱双向﹚

5、溶解氧:0 ~150±2℅

6、补料、消泡蠕动泵各一台

7、罐体总容积10L,设计压力2.0kg/c㎡、最高工作压力2.0kg/c㎡,设计工作温度131 ℃

8、灭菌方法:手动控制蒸汽消毒灭菌

9、功率:主机:3kw, 单相220v

10、气源:2 ~4kg/c㎡

11、蒸汽: 2 ~4kg/c㎡

二、管路说明

该流程图中空气管路阀门的标号为“AXX”,蒸汽管路阀门的标号为“SXX”,冷却水管路阀门标号为“WXX”,冷凝水管路阀门标号为“VXX”,电磁阀标号为“CXX”,物料管路阀门标号为“PXX”,冷冻水管路标号为“CWX”,其它气体管路标号为“NXX”。

1、空气及其净化

来自空气压缩机的压缩空气经净化器(外接减压稳定器、除水、除尘、空气予过滤器)进入发酵罐空气总管,空气流量计针阀A01、阀A02、单向阀、空气过滤器,阀A03到达反应器内,尾气经阀VT1排出,本管路具有计量,净化作用。注:空气流量显示的流量是以过滤器前的压力下的流量,不是标准状态下的流量。

2、蒸汽

2.1 蒸汽进夹套

蒸汽经阀S01进入夹套(上进),经阀V01排出冷凝水。蒸汽对培养基预热。

2.2 蒸气进反应器

蒸汽经阀S02、单向阀、空气过滤器、阀A03进入罐内,由排气口控制阀VT1排出。蒸汽对过滤器及空气管线消毒。

2.3 蒸汽进取样阀及放料阀

蒸汽经阀S03进入取样阀,出阀P02排出冷凝水。

3、自来水

3.1 自来水进夹套

当电磁阀C01打开时,自来水经自动注水阀、阀W01进入发应器夹套(下进),由夹套上口、阀W02、加热器、电磁阀C01排出;当电磁阀关闭时,夹套水经W02进入电加热器、循环泵、单向阀进入夹套(下口),通过夹水套水的循环,将加热器的热能带入夹套,通过夹套的换热加热发酵液。特别提示:温度自动前必须对夹套注水。

3.2 自来水进排气冷凝器,自来水经阀W03进入排气冷凝器,对发酵尾气进行冷却尽可能减少培养基的水分蒸发

4、冷却水(选配)(消毒后降温应优先使用 自来水)

冷冻水经电磁阀C02进入加热器内盘管,对夹套循环水进行冷却。

冷冻水经切换阀T02(关T01)进入自来水管线、经切换阀T04(关T03)返回冷冻水回路。

5、纯氧管线(选配)

纯氧管线:纯氧进入流量计、电磁阀C03、切断阀A21进入空气过滤器。

纯氧流量调节:开C03、A21后调节流量计的调节手柄。

6、空气流量检测与控制:

空气热质量流量计:与空气玻璃转子流量计并联安装且在热质量流量计前后安装切断阀。热质量流量计内通道必须保持干燥无尘,因此只有在发酵过程中才开质量流量计的前后切断阀A11、A12,发酵结束后应及时关闭A11、A12。(详细说明见热质量流量计的说明书)

7、补氨水管线

氨水经电磁阀C04、切断阀A31、补料针进入发酵罐,电磁阀由控制器控制。

三、实罐灭菌操作

1、准备

1.1. 盖紧罐盖上各种罐盖,旋紧罐盖上压紧螺栓。

1.2. 标定pH、DO电极,将电极插入罐体侧面的传感器口并及时地锁紧螺母,确保安装妥当防止高压下传感器弹出伤人。

1.3. 关紧发酵罐底阀P01,倒入培养基,调整PH值,旋紧接种口

注:氯离子对不锈钢会带来不可逆转的破坏,因此应避免用盐酸溶液调节PH,如工艺上无法避免用盐酸,应控制盐酸浓度不大于5 ℅且在添加过程中不得直接接触不锈钢。

1.4. 关排气冷凝器进水W03,移去进出口的软管排尽冷凝水夹套中水

1.5.提起过滤器使过滤器后的三通阀A03处于“S”位置。(S—消毒,F—发酵),

2、培养基预热

2.1 准备工作

预热启动蒸汽发生器及空气压缩机。

将控制器中的温度控制设定为手动。

开排气阀VT1,关闭其它所有阀门。

2.2 开排气阀VT1 ,开夹套冷凝水阀V01排夹套水,关闭其它阀门

2.3 启动反应器搅拌马达。调转速200 ~ 300Rpm

2.4 蒸汽进夹套:缓缓开夹套蒸汽阀S01蒸汽进夹套(注意:此时有轻微爆破声属正常,如声音过响则开阀的速度应减慢)。待排水总口排出蒸汽时调节冷凝水阀V01,控制蒸气排出量以有少量蒸汽排出即可。并控制夹套内压力不超过0.2Mpa。当培养基预热至98 ℃时,进入实罐灭菌操作,在培养基温度在80 ~ 90 ℃时可以适当的减慢升温速度,在本温度区域可以杀灭大部分的微生物。

2.5 蒸汽进取样阀:开出料阀P02(关紧底阀P01),开蒸汽阀S03,蒸气进入取样阀内腔,当阀P02排尽冷凝水后应调节其开度,以少量蒸汽排出即可。

3、实罐灭菌

3.1 过滤器消毒:(A或B任选一种,首次消毒或每五批用“A”种消毒,其余可用“B”种消毒)

A:外源蒸汽消过滤器:微开过滤器上排冷凝水阀V02、V12,开过滤器前蒸汽阀S02,蒸汽经过滤器进入反应器,当冷凝水阀V02、V12出口冷凝水很少时,调节冷凝水阀以有少量蒸汽排出为宜。当排气口有蒸汽排出或罐温达到100 ℃两分钟后,关闭排气阀VT1。调节蒸汽阀S02 ,维持过滤器前蒸汽压为0.12 ~0.16Mpa。当罐温达到100 ℃时,培养基中的溶氧接近零。可以标定溶氧的零点。

B:罐内蒸汽消过滤器:过滤器三通阀处于“S”位置。停搅拌,微开过滤器上排冷凝水阀V02、V12,当有罐压时,罐内蒸汽经空气管罐内三通阀进入过滤器,进V02、V12排出冷凝水。当排气口有蒸汽排出或罐温达到100 ℃两分钟后,关闭排气阀VT1。调节冷凝水阀V02、V12以有少量蒸汽排出为宜。当罐温达到100 ℃时,培养基中的溶氧接近零,可以标定溶氧为零点。如果升温速度比较慢可以开罐底阀P01,蒸汽进入发酵罐。

3.2 当达到预定温度或罐压,开排气阀VT1至有少量蒸汽排出,关紧或微开夹套蒸汽阀S01,微开罐底阀P01(开阀时观察视镜处培养基翻动的变化,以有少量的变化为亦),根据罐压 或罐温变化的趋势,及时调整蒸汽阀S02、S03。阀门调节宜微调应避免大幅度开关。当反应器罐压或罐温维持在预定的范围内开始计时。

3.3 保温开始后,排气阀蒸气排量不宜太小,否则可能导致液面以上的罐体部分尤其罐盖达不到消毒温度。

3.4 保温阶段应旋松接种口盖至有少量蒸气冒出。

3.5 移种管线消毒(适用于多级发酵)

在保温过程中开移种管线阀P03及受种阀前排水阀V04,保温结束前关V03。

4、灭菌完成及降温(先开后关,后开先关)

4.1 保温结束首先旋紧接种口盖.旋紧罐底阀P01,再关紧取样器的蒸汽阀S03。抬起过滤器使三通阀A03处于S位置,关紧蒸汽阀S02,调节过滤器冷凝水阀以有微量排气为宜。

4.2  关夹套蒸汽阀S01、冷凝水阀V01,开夹套进水阀W01和循环管线切断阀W02.在控制器中将温度控制方式设定为“自动”并对温度进行设定,发酵罐进入自动降温。按下搅拌开关,设定搅拌转速并“自动”控制。

4.3  当罐压接近0.05Mpa时关阀V02,缓缓开空气管线A01、A02,空气进入发酵罐,当过滤器冷凝水阀V02排尽冷凝水后就可以关闭。

注:当罐压稳定后可以将三通阀A03放回“F”位置。

4.4 在降温过程中,始终监视罐压,严禁压力掉零。当温度达到工艺要求时,调节搅拌转速、空气流量、罐压、标定溶氧电极斜率及校正pH电极的零点。

注意:

1、如另配冷冻水系统消毒后降温请选择自来水降温(控制箱左侧板N2开关拨向“W”

2、灭菌完毕,请勿关闭蒸气发生器,取样时需要用蒸汽

四、发酵操作

1、准备

1.1  溶氧电极标定:将三通阀放回“F”位置,调节空气流量、罐压、搅拌转速、罐温(为保证工艺参数的可比性,建议上面四参数维持一个固定值),标定溶氧电极斜率为100%

1.2  pH电极零点校正:高温消毒后pH电极的零点或多或少都会发生漂移,应预校正。取样应用外源pH电极精确测定培养基的pH值,根据精确测定值与在线的pH值的差值在标定菜单中直接修改零点,使在线值等同于精确测定值。

2、接种

2.1 摇瓶倒种:调节进气量至0.2VVM,开排气阀VT1至罐压接近零(不得大于0.02Mpa),予先旋松接种口,在接种口放好火焰圈并点燃(在火焰圈中放少量棉花可以助燃提高火焰的高度),打开接种口,倒入种子,然后旋紧接种盖,立即调高罐压。

2.2 差压接种:移种管线消毒:检查受种阀P04并关紧,开冷凝水阀V04,开种子罐出料阀P02,开移种管线蒸汽阀S03,开移种管线切断阀P03,当阀P01、V04处冷凝水排尽后调节阀P02、V04以有少量水蒸气排出为宜。消毒30分钟后,关紧阀P02、V04,关紧蒸汽阀S03并立即开受种阀P04,用发酵罐中的空气对移种管线进行保压,等移种管线冷却后就可以移种。

差压移种:调整种子罐与发酵罐的压力,维持种子罐罐压大于发酵罐罐压约0.05Mpa,开种子罐底阀P01,种液进入发酵罐。移种结束必须立即关紧受种阀P04,并调高发酵罐罐压。移种管线清洗时应避免移种管线中的水压高于发酵罐罐压,以免因受种阀泄露导致发酵液被污染。

2.3 发酵初始化:在控制器的发酵罐状态画面输入“发酵批号”再按“就绪”或“开始”并“确认”,发酵罐数据才能自动保存。设定发酵罐控制参数及适宜的控制模式。

3、补料

3.1 将经灭菌消毒的补料瓶及输液瓶放置于搁架上,用手动方式转动蠕动泵泵头,将输液管沿蠕动泵转动方向潜入蠕动泵内。并用蠕动泵壳内的夹子夹紧软管。

3.2 旋下补料口上闷头,用酒精棉球对补料口内橡胶塞外表面消毒,然后将针头插入并穿透密封盖,并用补料针上的螺母锁紧。

3.3 打开蠕动泵手动开关,使输液管中充满料液。置蠕动泵开关于自动状态。根据发酵工业要求设计控制方式及控制周期和脉冲。

3.4 酸碱液、消泡剂操作同补料操作。补料方式有多种,应根据工艺要求选择恰当的补料方式。

4、取样

4.1 取样器消毒:半开阀P02,开蒸汽阀S03,,蒸气进入取样器,消毒时间5—10分钟

4.2 关闭蒸气阀S03,全开出料阀P02,准备取样。

4.3 逆时针转动取样阀P01手柄,进行取样。回转手柄,取样结束。

4.4 开蒸汽阀S03,冲洗取样器,关阀S03。取样结束。

5、发酵前设计发酵参数(略,详见发酵罐说明书第五章)

6、放料:发酵结束时务必将空气管线三通阀A03置于“S”位置。放料是通过取样口放料,转动手柄开取样阀即可放料若需收集无菌料操作同取样操作。

7、发酵结束:发酵结束后必须在控制器上对发酵状态修改,确认发酵结束,发酵数据记录将自动整理并保存并将各控制参数控制方式改为手动。